基于多學科的應用型“數據結構”課程教學改革探討

孫麗云++劉淑艷++李珊

【摘要】以開發應用型教材為主線，從“數據結構”課程的課堂教學、實驗教學、課程設計等角度進行課程教學改革，課程內容綜合計算機類的“數據結構”和經濟、管理類的“運籌學”課程，促進課程間知識互通，使得多學科共同發展，達到培養應用型人才的教學目標。

【關鍵詞】數據結構 ?應用型 ?多學科 ?教學改革

【中圖分類號】G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A ? ? ?【文章編號】2095-3089（2015）11-0028-02

“數據結構”課程是計算機相關專業的專業基礎課。如果對“數據結構”課程內容沒有較好的掌握，在后續專業能力的提升上會遇到很大的阻礙，難以突破。所以“數據結構”課程的教學在計算機相關專業的教學體系中有著舉足輕重的地位。

一、傳統教學模式存在的部分問題

（1）“數據結構”課程理論性較強，內容較抽象，傳統的以教師為中心的課堂模式中，以教師講解演示為主，課堂上著重于概念、術語、算法步驟的解釋，教學過程比較枯燥。學生對所學知識只是知其然而不知其所以然，不能真正領悟課堂所學知識的用途[1]。

（2）傳統的大部分“數據結構”教材中，算法都用偽代碼的形式表示，這給學生造成了很大困擾。很多學生在上機實驗時，按照教材上的算法來敲程序，但往往都無法運行，學生不能理解原因，對課程的學習造成了較大困惑。

（3）傳統的“數據結構”課程中，上機實驗的課時所占比例較小，學生實現算法的能力得不到鍛煉。

二、全面的教學改革方案

針對目前傳統“數據結構”課程中存在的問題，“應用型”課程教學改革勢在必行。

1.課堂教學模式的全面改革

（1）開發一本適合應用型本科學生使用的教材。

1968年，美國出現第1本“數據結構”方面的教材。自20 世紀70 年代起，“數據結構”在西方被普遍列為計算機本科的必修課程。我國引進該課程的時間是20世紀80年代，教材也是從80年代逐步建設。這些教材中的大部分都用偽代碼來表示算法，且對概念、算法的描述都較抽象。學生使用這些教材學習時，大部分能夠學會算法，但對于如何實現這些算法及算法的用處理解的都不夠深。

①我們開發的“數據結構從應用到實現（C語言版）”的教材中，每章以實際例子引出知識點，每章最后綜合應用全章知識解決一個實際問題。在介紹基本知識的基礎上與實際應用相結合，加深學生對知識的理解。

如線性表章節中，對順序存儲結構實現了8個基本算法，并在綜合應用舉例中利用int GetLength（SeqList *L）;DataType GetNode（SeqList *L，int i）;int ?LocateList（SeqList *L， DataType e）;DeleteList（SeqList *L，int i）;這4個基本算法完成了集合的“差”運算，使學生能夠將《離散數學》課程中的差運算與實際程序相結合來理解，既加深了對集合差運算的認識，又練習了利用基本運算對綜合算法的實現。

在線性表章節的最后又分別用順序表與單循環鏈表兩種存儲結構實現了約瑟夫問題，學生可以更直觀的感受到順序表與鏈表不同的算法實現。

②為了便于學生理解所學知識，本書還增加了對C語言中結構體知識的簡單回顧。書中全部算法用C語言實現，且全都可編譯執行。每章后面附有相關習題，書中最后附有參考答案，便于學生自己練習相關知識點。

（2）結合教材開展課堂教學模式的改革，采用案例教學法進行理論知識的講解。教學過程中，引入“運籌學”課程中的實際案例，提高學生對現實問題的抽象理解能力及將所學知識運用于其他學科的實踐能力。

（3）教學過程中根據學生的基礎及目標，進行分層次的教學，因材施教。

①根據學生上一學期的C語言成績及后續的發展目標——工作或者考研，將學生分成不同的小組，根據學生的不同的層次制定不同的教學計劃。

如考研的同學除了

②講課過程不再采用傳統的以教師講解為主的方式，而是采用以學生為中心的案例式教學。每章課程內容中的基本概念及基本知識點會在該章開始集中介紹，后續課時以小組課下完成案例——課上組間討論、老師答疑——小組答辯（其他小組為評委）的形式展開教學。

2.實驗教學的全面改革

（1）開發一本能夠培養學生創新能力的，以“設計性”、“綜合性”實驗為主的實驗指導書。

教材中包括線性表、棧和隊列、樹、圖、查找、排序等相關的基本操作及綜合應用案例，鍛煉學生的動手能力。實驗指導中全部算法用C語言實現，且全都可編譯執行。每章包括主教材中課后習題的解析，為學生靈活掌握相關知識點提供保障。

（2）結合實驗指導將學生的實驗內容由“驗證性”實驗改為“設計性”或“綜合性”實驗，提高學生對知識的理解及應用能力。

如打破教材原有章節的限制，綜合教材中線性表、查找和排序的知識點，要求學生完成一個綜合的學生成績管理系統，鍛煉學生綜合應用知識的能力。一個綜合的學生成績管理系統中，涉及到的知識點包括：對線性表不同的存儲結構的理解;在不同的存儲結構下進行查找、插入、刪除及對元素按某關鍵字進行排序算法的對比;同時可以理解不同的查找、排序算法的效率等等。

（3）根據課堂教學中分層的情況，對不同層次的學生提出不同的實驗要求，調動每個層次學生的積極性。如對基礎較差的同學，保證其能實現基本操作;基礎好的同學則以完成“設計性”、“綜合性”實驗及競賽題目為主，并可通過競賽結果檢驗課程改革結果。

（4）在實驗環節中，根據專業特點，我們模擬實際工作場景——每個實驗中，老師作為“項目經理”帶領學生做項目。為了調動各個層次學生的積極性，讓每個層次的學生能力都得到提高，還在班級中增設了一個“項目經理助理”的崗位。讓能力強，提前完成任務的同學幫助老師對其他同學的項目進行輔導，根據其輔導的情況，給“項目經理助理”一定的分數獎勵。

（5）在實驗環節中，引入“藍橋杯”比賽評分機制，培養學生養成良好的編程習慣。

“藍橋杯”比賽成績是以選手提交程序的運行結果作為主要評分依據的，要求程序有規范的數據輸入和輸出。且為了閱卷老師能盡快把握程序意圖，選手應對函數過程及關鍵語句作必要的注釋[1]。這些都是我們在實踐教學中要培養學生形成的良好編程習慣，通過科學的評分機制可以強化和訓練學生這方面的能力。

3.課程設計的全面改革

（1）綜合其他學科中的實際問題，讓學生完成大型的綜合性實驗。提出問題由學生解決數據結構的選取及實現，并以答辯形式檢查成果。

（2）學生的實驗成果可用于“運籌學”課程中相關算法的演示，給其他學科的學生以直觀的感受，更好的理解他們所學知識。

三、實際建設成果

在課堂教學、實驗教學與課程設計三個方面的全面改革過程中，我們取得了較明顯的效果。

（1）應用型教材建設中，課題組成員查閱大量文獻及各類資料，積極思考;并通過與其他學校、其他學科的教師多溝通，多交流的形式，找出了大量適合培養應用型人才的、與知識點關系密切的典型案例。

（2）在注重應用型人才培養的過程中，需考慮各個層次同學的需求，比如打算畢業工作的學生和想考研的同學其學習目的與學習方式就會有所不同。為了在課堂教學與實驗教學過程中，能夠充分調動不同層次學生的積極性，在“數據結構”課程體系建設過程中采用“分層次”教學的方式解決該問題。且我們的“分層次”教學中，對學生的分組考慮了“基礎”與“發展”兩個方向——上一學期的《C語言程序設計》課程的“基礎”和畢業后的“發展”是要考研或者工作。

（3）由于數據結構課程教學現狀是“重理論、輕實踐”，所以相關的考試題目、實驗題目、課程設計題目都存在偏重理論考查，與實際應用脫離的情況。在進行課程體系建設的過程中，我們注重對“數據結構”各種題庫的應用化建設。課題組成員完成了大量習題、考研真題、實驗題目及課程設計題目的收集、整理，完成了大量試題庫的建設。

四、總結與展望

在整個課程體系建設過程中，我們從“數據結構”課程的課堂教學、實驗教學及課程設計三個方面進行了系列的改革，主要目的是提高學生的應用能力，對“數據結構”課堂上所學知識能夠活學活用。我們教學過程中通過大量的案例練習，特別是引入其他學科的案例，對學生的動手能力培養及學生對知識的理解都有非常顯著的效果。

參考文獻：

[1] 鄧玉林，覃曉. “藍橋杯”軟件大賽對《數據結構》課程教學改革的啟示[J].廣西師范學院學報：自然科學版，2012：29（4）：111-113.

基金項目：

2014年度河北省教育廳自籌經費項目“基于多學科的應用型“數據結構”課程體系建設綜合研究”（SZ141189）